水体富营养化对环境管理提出了全球性挑战，经常导致水体中有害藻类大量繁殖。有害藻华破坏了生态系统的平衡，威胁人类健康，造成大量农业经济损失。磷(P)长期以来被认为是控制藻华最有限的养分，而最近的研究表明氮(N)和磷都是关键的藻华生长的限制因素。藻类生长引起水体条件在一昼夜的周期发生剧烈的变化，可能引起沉积物中敏感的反馈系统并导致P的释放。


本论文的研究人员主要利用吸附式取样器(Rhizon)对有害藻华(HAB)在发育的不同阶段期20mm表层沉积物中可溶性活性磷(SRP)和可溶性铁(II)浓度在3-h时间间隔内的变化进行了相关微观实验研究，了解有害藻华生长过程中沉积物中P受激释放的过程和相关机制。


关键词：水体富营养化，有害藻类，生态系统，藻华释放磷，沉积物


Unisense微电极分析系统的应用


沉积物中的溶氧剖面浓度及pH分别采用了尖端直径为100um的氧微电极和尖端直径为500um的pH微电极进行测试，其中氧电极的矫正采用了标准方法校准，即采用了两点矫正法获取了相应的标准曲线。unisense沉积物微剖面系统测试了不同时间段（1天，5天，15天，20天，44天，70天）沉积物中的氧剖面浓度及pH剖面浓度。


实验结果


本研究利用吸附式取样器(Rhizon)对有害藻华(HAB)在发育的不同阶段对应的20mm表层沉积物中的可溶性活性磷(SRP)和可溶性铁(II)浓度在3-h时间间隔内的变化进行了微观实验。结果表明有害藻华在孵育后15天内占优势，在孵育后70天后藻华开始消退。孔隙水中的可溶性铁(II)和SRP的浓度在藻华生长的潜伏期阶段呈上升趋势。与第1天相比，可溶性铁(II)和SRP的最大值分别在夜间藻华开花和凋落阶段增加了214%和387%。沉积物-水界面(SWI)的铁和磷的扩散通量一般与浓度的变化相对应。可溶性铁(II)和可溶性活性磷（SRP）浓度每小时波动一次，分别在晚上21:00和早上06:00(或凌晨03:00)出现两个明显的高峰浓度。这些结果表明铁磷耦合机制是沉积物中磷释放的主要机制。在塌陷期阶段，可溶性铁(II)浓度受夜间不稳定S(-II)增加而抑制。同时可溶性活性磷（SRP）浓度与铁循环解耦合，每小时波动值较小(<11%RSD)，藻类分解是沉积物中P释放的主要来源。

图1、给出了微环境实验的照片图，以及不同阶段的采样样品。图A、B分别表示活塞式和平板式DGT装置示意图;图C D E分别表示对应的微电极、沉积物芯和根状根采样器。

图2、在一个完整的一昼夜的循环周期中，控制池和藻类处理池的水柱样品中光强度、DO和pH值的变化情况。白天和夜间的所处的时间段分别指的是从早上6点到下午18点，从下午18点到早上6点。分别给出这些时间段测试出的光强度、DO和pH值（所有的测试值为三次重复测量的平均值）

图3、对比参照沉积物样品和藻类处理后的沉积物样品在白天和夜间不同时间段的pH值和DO值，深度为0对应水平虚线表示的是沉积物-水界面(SWI)。所有测试给出的值为三次重复测量的平均值。

图4、在不同采样日期，对比参照沉积物样品和藻类处理后的沉积物样品的pH和溶氧浓度（DO）的平均值。

图5、应用DGT法对进行对比组水体和沉积物和藻类处理的水体和沉积物测试获得的不稳定S(-II)浓度的二维分布图。图A和B分别)分别在第44天、日间及夜间时间段对应的对比组水体和沉积物和藻类处理的水体和沉积物中的不稳定的S(-II）浓度；图C和D分别表示的是在第44天时藻类处理沉积物中白天和晚上的不稳定的S(-II)浓度。


总结


有害的藻华(HABs)会对水质造成严重后果并对水生生态系统、环境造成威胁。本论文研究人员对水体富营养化的沉积物进行了为期70天的孵育实验，随着藻华(HABs)的加入，利用完整的沉积物岩心来模拟水环境存在HABs的场景。通过使用采样器采集到的沉积物用来研究沉积物中可溶性铁(II)和SRP浓度的变化情况，结合使用了unisense微电极微剖面系统来获得沉积物中的pH、溶氧DO分布的变化，获得的沉积物水柱样品中的氧气含量及pH值受藻类的光合作用和光照强度的影响在一天之内变化很大，这些通过微电极测试获得的相关数据（pH/溶氧）为研究人员提出了关于含有藻华的沉积物中铁和磷浓度单位变化刺激磷的释放机制提供了重要的数据支持，这说明unisense微剖面分析在研究水华导致的湖泊及淡水河流的富营养化水体的研究存在很好的应用前景。